CN117175928B - 高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源 - Google Patents

高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源，克服了传统有源式功率因数校正电路的缺点，结合了工作在CCM和DCM模式下的优点，结合了工作在CCM和DCM模式下的优点，本发明提出的一种高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源，工作在DCM模式下，通过改变功率因数校正电路的拓扑结构以减小流过开关管的电流有效值，降低电流应力，能够满足于大功率应用场合。

Description

高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源
技术领域
本申请涉及交直流电源转换控制的技术领域，特别是涉及一种高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源。
背景技术
由于非线性元件和储能元件的存在，当大量的谐波电流被带入电网中，降低了网侧的功率因数，使得电能的传输效率和电能质量下降。功率因数校正（Passive PowerFactor， PFC）是改善电网功率因数的重要措施，其包括无源式功率因数校正技术和有源式功率因数校正技术。
无源式功率因数校正技术，采用电容或者电感等无源器件建立一个无源网络，一般是将电感加入到输出端与整流桥之间，起到过滤谐波和纹波的作用，也有一些电路将谐振电容加在交流输入端以达到滤波的目的。但无源式功率因数校正技术普遍具有非常大的体积和重量，无法有效抑制输入端的谐波电流，且对噪声的干扰十分敏感，使系统的功率因数仍处于较低的水平，此外，负载的大小、输入电压的频率以及输入电压的大小都会影响到校正电路的整体性能，因此通常只适用于功率小，对重量和体积没有要求的场合。
有源式功率因数校正技术，随着功率开关器件和功率半导体的快速发展而被提出来，通过开关器件的导通和关断调节输入电流波形跟随输入电压波形，有源式功率因数校正技术主要以电感电流连续工作模式（Continuous Conduction Mode，CCM）为主，在这种工作模式下开关管流过的电流有效值较小，且具有较高的功率因数，因此在大中功率场合下得到了十分广泛的使用。有源式功率因数校正技术还包括电感电流断续工作模式（Discontinuous Conduction Mode，DCM），其具有开关管零电流导通，二极管零电流关断及无反向恢复的优点，此外，恒定的开关频率使电感的设计更加方便，被广泛的应用于成本低、功率小的场合。
一般的有源式功率因数校正器，工作在CCM模式时，尽管具有较高的功率因数，但由于无法实现开关管和二级管的零电流开关，使得电路的损耗难以降低；而工作在DCM模式时，尽管能够实现开关管和二级管的零电流开关，但由于流过开关管的电流有效值比CCM模式的电流有效值大，电流应力大，功率因数较低，无法应用在大功率的场合。
发明内容
基于此，本申请提供一种高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源，其控制电路工作在DCM模式下，通过改变功率因数校正电路的拓扑结构以减小流过开关管的电流有效值，降低电流应力，提高功率因数，能够满足于大功率应用场合。
一方面，本申请提供一种高性能功率因数校正整流控制电路，用于开关电源，包括主电路单元；所述主电路单元包括第一开关管S1、第二开关管S2、储能电感Le、第一输出电感Lo1、第二输出电感Lo2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一输出二极管Do1、第二输出二极管Do2、第一电容Ci1、第二电容Ci2、第一输出电容Co1和第二输出电容Co2；所述储能电感Le的第一端用于连接交流电源Vin的第一端；所述第一开关管S1的第二端、所述第二开关管S2的第一端、所述第一输出二极管Do1的负端、所述第二输出二极管Do2的正端、所述第一输出电容Co1的第二端以及所述第二输出电容Co2的第二端用于连接交流电源Vin的第二端；所述储能电感Le的第二端与所述第一二极管D1的正端、所述第二二极管D2的负端连接；所述第一开关管S1的第一端与所述第一二极管D1的负端、所述第一电容Ci1的第一端连接；所述第一电容Ci1的第二端与所述第一输出二极管Do1的正端、所述第一输出电感Lo1的第一端连接；所述第一输出电感Lo1的第二端与所述第一输出电容Co1的第一端连接；所述第二开关管S2的第二端与所述第二二极管D2的正端、所述第二电容Ci2的第一端连接；所述第二电容Ci2的第二端与所述第二输出二极管Do2的负端、所述第二输出电感Lo2的第一端连接；所述第二输出电感Lo2的第二端与所述第二输出电容Co2的第一端连接；所述第一输出电感Lo1的第二端与所述第二输出电感Lo2的第二端之间构成所述整流控制电路的输出端，用于连接负载Ro。
在其中一个实施例中，还包括主控制单元和电压检测电路；所述电压检测电路连接在所述第一输出电感Lo1的第二端与所述第二输出电感Lo2的第二端之间，用于检测所述整流控制电路的输出端的输出电压，并将检测到的输出电压发送给所述主控制单元；所述主控制单元分别与所述第一开关管S1和所述第二开关管S2连接，并用于根据所述输出电压调节所述第一开关管S1的占空比和所述第二开关管S2的占空比。
在其中一个实施例中，所述主控制单元包括乘法器、减法器、电压补偿器CV(s) 、PWM调制器KPWM和控制信号器Gvd(s)，所述乘法器用于将所述电压检测电路所检测到的输出电压乘以系数K，所述减法器将所述乘法器的输出与基准电压Voref做差得到未经过补偿误差，将未经过补偿误差/>带入电压补偿器CV(s) 中得到补偿误差/>，再将补偿误差/>传入PWM调制器KPWM中，得到占空比d，所述PWM调制器KPWM将占空比d带入控制信号器Gvd(s)中产生控制信号，并根据该控制信号分别控制第一开关管S1的占空比和第二开关管S2的占空比。
在其中一个实施例中，所述整流控制电路工作于正半周期，所述主控制单元控制所述主电路单元在DCM模式下工作于模态1、模态2和模态3；其中，模态1时，所述第一开关管S1和所述第一二极管D1导通；交流电源Vin的第一端输出电流给所述储能电感Le充电，所述储能电感Le储能，充电电流流经所述第一二极管D1、所述第一开关管S1的第二端、所述第一开关管S1的第一端回流至交流电源Vin的第二端形成充电回路；所述第一电容Ci1放电给所述第一输出电感Lo1和所述第一输出电容Co1传递能量充电，所述第一输出电感Lo1储能以及所述第一输出电容Co1储能，电流从所述第一电容Ci1的第二端流出，流向所述第一输出电感Lo1以及所述第一输出电容Co1，流经所述第一开关管S1后回到所述第一电容Ci1的第一端形成充放电回路；同时，所述第一输出电容Co1和所述第二输出电容Co2用于向外部的负载Ro提供能量；模态1结束，进入模态2时，所述第一开关管S1关断，所述第一二极管D1和所述第一输出二极管Do1导通；交流电源Vin的第一端输出电流流经所述储能电感Le，所述储能电感Le释能，电流从所述储能电感Le的第二端流出后，流经所述第一二极管D1，流向所述第一电容Ci1为其充电，所述第一电容Ci1储能，电流从所述第一电容Ci1的第二端流出后，部分电流流经所述第一输出二极管Do1回到交流电源Vin的第二端形成充电回路；电流从所述第一电容Ci1的第二端流出后，部分电流流向所述第一输出电感Lo1，第一输出电感Lo1释能，然后流向所述第一输出电容Co1为其充电，第一输出电容Co1储能，再回流至交流电源Vin的第二端形成充电回路；同时，交流电源Vin的第一端输出电流，电流流经所述储能电感Le、所述第一二极管D1、所述第一电容Ci1、所述第一输出电感Lo1，流向负载Ro的第一端为其供电，电流再从负载Ro的第二端流出，流经所述第二输出电容Co2，回到交流电源Vin的第二端形成负载用电回路；模态2结束，进入模态3时，所述第一开关管S1维持关断，所述第一输出二极管Do1关断，交流电源Vin的第一端输出电流给所述储能电感Le充电，所述储能电感Le储能，充电电流流经所述第一二极管D1，流向所述第一电容Ci1，流向所述第一输出电感Lo1为其充电，流经所述第一输出电容Co1回流至交流电源Vin的第二端形成充电回路；同时，所述第一输出电容Co1和第二输出电容Co2用于向外部的负载Ro提供能量，使负载Ro持续工作；充电完毕时，所述储能电感Le和所述第一输出电感Lo1的电流幅度相同，但方向相反，使得所述第一二极管D1上的电流为零，模态3结束，所述整流控制电路进入负半周期工作。
在其中一个实施例中，所述整流控制电路工作于负半周期，所述主控制单元还控制所述主电路单元在DCM模式下工作于模态4、模态5和模态6；其中，模态3结束，进入模态4时，所述第二开关管S2和所述第二二极管D2导通；交流电源Vin的第二端输出电流，电流流经所述第二开关管S2、所述第二二极管D2、流向所述储能电感Le为其充电，然后回到交流电源Vin的第一端形成充电回路，所述储能电感Le储能，所述第二电容Ci2放电给所述第二输出电感Lo2和所述第二输出电容Co2传递能量充电，所述第二输出电感Lo2储能，所述第二输出电容Co2储能；同时，所述第一输出电容Co1和所述第二输出电容Co2用于向外部的负载Ro提供能量，使负载Ro持续工作；模态4结束，进入模态5时，所述第二开关管S2关断，所述第二二极管D2和所述第二输出二极管Do2导通；交流电源Vin的第二端输出电流，部分电流流经所述第二输出二极管Do2，流向所述第二电容Ci2为其充电，所述第二电容Ci2储能，再流向所述第二二极管D2，流向所述储能电感Le，所述储能电感Le释能，然后回到交流电源Vin的第一端形成充放电回路；交流电源Vin的第二端输出电流，部分电流流经所述第二输出电容Co2为其充电，第二输出电容Co2储能，然后流向所述第二输出电感Lo2，第二输出电感Lo2释能，电流流向所述第二电容Ci2为其充电，第二电容Ci2储能，经过所述第二二极管D2，流向所述储能电感Le，储能电感Le释能，然后回到交流电源Vin的第一端形成充放电回路；同时，交流电源Vin的第二端输出电流，电流流经所述第一输出电容Co1、流向负载Ro的第一端为其供电，电流再从负载Ro的第二端流出，流经所述第二输出电感Lo2、所述第二电容Ci2、所述第二二极管D2、流向所述储能电感Le为其充电，然后回到交流电源Vin的第一端形成负载用电回路；模态5结束，进入模态6时，所述第二开关管S2维持关断，所述第二输出二极管Do2关断，交流电源Vin的第二端输出电流，流经所述第二输出电容Co2、所述第二输出电感Lo2为其充电，流经所述第二电容Ci2，流经所述第二二极管D2后流向所述储能电感Le为其充电，所述储能电感Le储能，电流回到交流电源Vin的第一端形成充电回路；同时，所述第一输出电容Co1和所述第二输出电容Co2用于向外部的负载Ro提供能量；充电完毕时，所述储能电感Le和所述第二输出电感Lo2的电流幅度相同，但方向相反，使得所述第二二极管D2上的电流为零，模态6结束，所述整流控制电路进入负半周期工作。
在其中一个实施例中，所述第一开关管S1为N沟道场效应管，所述第二开关管S2为N沟道场效应管。
另一方面，本申请还提供一种开关电源，包括上述的高性能功率因数校正整流控制电路。
上述高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源，克服了传统有源式功率因数校正电路的缺点，结合了工作在CCM和DCM模式下的优点，本发明提出的一种高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源，工作在DCM模式下，通过改变功率因数校正电路的拓扑结构以减小流过开关管的电流有效值，降低电流应力，使得功率因数得到提高，能够满足于大功率应用场合。
附图说明
图1为本申请一实施例中，高性能功率因数校正整流控制电路的电路结构示意图。
图2为本申请一实施例中，高性能功率因数校正整流控制电路在DCM模式下模态1的工作电路图。
图3为本申请一实施例中，高性能功率因数校正整流控制电路在DCM模式下模态2的工作电路图。
图4为本申请一实施例中，高性能功率因数校正整流控制电路在DCM模式下模态3的工作电路图。
图5为本申请一实施例中，高性能功率因数校正整流控制电路在DCM模式下模态1-3开关周期内的主要工作波形。
图6为本申请一实施例中，高性能功率因数校正整流控制电路在DCM模式下模态4的工作电路图。
图7为本申请一实施例中，高性能功率因数校正整流控制电路在DCM模式下模态5的工作电路图。
图8为本申请一实施例中，高性能功率因数校正整流控制电路在DCM模式下模态6的工作电路图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“多个”或者“若干”表示至少两个。除非另行指出，“前部”、“后部”、“下部”和/或“上部”等类似词语只是为了便于说明，而并非限于一个位置或者一种空间定向。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
参阅图1，本申请一实施例提供的高性能功率因数校正整流控制电路，其用于开关电源。其中，该控制电路和开关电源用于将交流电源Vin转换为直流电源，并对负载Ro进行供电。
具体的，本申请的高性能功率因数校正整流控制电路包括主电路单元。如图1所示，主电路单元包括第一开关管S1、第二开关管S2、储能电感Le、第一输出电感Lo1、第二输出电感Lo2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一输出二极管Do1、第二输出二极管Do2、第一电容Ci1、第二电容Ci2、第一输出电容Co1和第二输出电容Co2。
储能电感Le的第一端用于连接交流电源Vin的第一端；第一开关管S1的第二端、第二开关管S2的第一端、第一输出二极管Do1的负端、第二输出二极管Do2的正端、第一输出电容Co1的第二端以及第二输出电容Co2的第二端用于连接交流电源Vin的第二端，并用于连接整流控制电路的直流电源参考地。储能电感Le的第二端与第一二极管D1的正端、第二二极管D2的负端连接；第一开关管S1的第一端与第一二极管D1的负端、第一电容Ci1的第一端连接；第一电容Ci1的第二端与第一输出二极管Do1的正端、第一输出电感Lo1的第一端连接；第一输出电感Lo1的第二端与第一输出电容Co1的第一端连接；第二开关管S2的第二端与第二二极管D2的正端、第二电容Ci2的第一端连接；第二电容Ci2的第二端与第二输出二极管Do2的负端、第二输出电感Lo2的第一端连接；第二输出电感Lo2的第二端与第二输出电容Co2的第一端连接。
第一输出电感Lo1的第二端与第二输出电感Lo2的第二端之间构成整流控制电路的输出端，用于连接负载Ro。
其中，第一二极管D1为整流二极管，用于将交流电转换为直流电；第一输出二极管Do1和第二输出二极管Do2为开关器件，第一输出二极管Do1和第二输出二极管Do2可以在正向电压下闭合，在反向电压下断开，此时可以充当开关作用。第一输出电容Co1和第二输出电容Co2用于在适当情况下给负载Ro供电。
相比于传统的功率因数校正器，本申请的高性能功率因数校正整流控制电路中，设置了多个可以适时充电放电的储能电感以及储能电容，以改变功率因数校正整流控制电路的拓扑结构，改进后的功率因数校正电路的拓扑结构的充放电能力更强，从而减小流过开关管的电流有效值，降低电流应力；且高性能功率因数校正整流控制电路工作于DCM模式时，能够克服CCM模式下无法实现零电流开关的问题，依旧能够实现开关管和二极管的零电流开关，从而降低功率因数校正整流控制电路中的损耗，可以输出较高的直流电压，满足于大功率应用场合。
继续参阅图1，在一实施例中，本申请的高性能功率因数校正整流控制电路还包括主控制单元和电压检测电路。
电压检测电路连接在第一输出电感Lo1的第二端与第二输出电感Lo2的第二端之间，用于检测整流控制电路也即主电路单元的输出端的输出电压，并将检测到的输出电压发送给主控制单元。其中，电压检测电路可以是常规的检测电压的电路。
主控制单元分别与第一开关管S1和第二开关管S2连接，并用于根据输出电压调节第一开关管S1的占空比和第二开关管S2的占空比。
可选的，第一开关管S1为N沟道场效应管，第二开关管S2为N沟道场效应管。
其中，主控制单元可以是由一个或多个控制芯片组成，或者一个或多个电路模块组成，其用于根据主电路单元的输出电压，来控制第一开关管S1和第二开关管S2的是输出频率以及占空比，以调节主电路单元的输出电压，获得高电压增益。
在一个具体的例子中，如图1所示，主控制单元包括乘法器、减法器、电压补偿器CV(s) 、PWM调制器KPWM和控制信号器Gvd(s)；乘法器用于将电压检测电路所检测到的输出电压乘以系数K，减法器将乘法器的输出与基准电压Voref做差得到未经过补偿误差，将未经过补偿误差/>带入电压补偿器CV(s) 中得到补偿误差/>，再将补偿误差/>传入PWM调制器KPWM中，得到占空比d，PWM调制器KPWM将占空比d带入控制信号器Gvd(s)中产生控制信号，并根据该控制信号分别控制第一开关管S1的占空比和第二开关管S2的占空比，从而对主电路单元的输出电压进行调节，获得高电压增益。
其中，乘法器、减法器、电压补偿器CV(s) 、PWM调制器KPWM和控制信号器Gvd(s)可以是通过集成在控制芯片上的软件算法来实现，也可以是通过硬件电路模块来实现。
参阅图2-4，本实施例中主控制单元控制主电路单元在DCM模式下工作于模态1、模态2和模态3，其中，在模态1-3中，交流电源Vin的第一端输出正半周电压，控制信号器Gvd(s)控制第二开关管S2关断。在图2-4中，浅色的线条无电流通过。
其中，在工作于模态1时，控制信号器Gvd(s)控制第一开关管S1导通，此时，第一二极管D1导通，第一输出二极管Do1关断。
交流电源Vin的第一端输出电流给储能电感Le充电，储能电感Le储能，充电电流流经第一二极管D1、第一开关管S1的第二端、第一开关管S1的第一端回流至交流电源Vin的第二端形成充电回路。
第一电容Ci1放电给第一输出电感Lo1和第一输出电容Co1传递能量充电，第一输出电感Lo1储能以及第一输出电容Co1储能，电流从第一电容Ci1的第二端流出，流向第一输出电感Lo1以及第一输出电容Co1，流经第一开关管S1后回到第一电容Ci1的第一端形成充放电回路。
同时，第一输出电容Co1和第二输出电容Co2用于向外部的负载Ro提供能量，使负载Ro持续工作。
模态1结束，进入模态2时，第一开关管S1关断，第一二极管D1和第一输出二极管Do1导通。
交流电源Vin的第一端输出电流流经储能电感Le，储能电感Le释能，电流从储能电感Le的第二端流出后，流经第一二极管D1，流向第一电容Ci1为其充电，第一电容Ci1储能，电流从第一电容Ci1的第二端流出后，部分电流流经第一输出二极管Do1回到交流电源Vin的第二端形成充电回路；电流从所述第一电容Ci1的第二端流出后，部分电流流向第一输出电感Lo1，第一输出电感Lo1释能，然后流向第一输出电容Co1为其充电，第一输出电容Co1储能，再回流至交流电源Vin的第二端形成充放电回路。
同时，交流电源Vin的第一端输出电流，电流流经储能电感Le、第一二极管D1、第一电容Ci1、第一输出电感Lo1，流向负载Ro的第一端为其供电，电流再从负载Ro的第二端流出，流经第二输出电容Co2，回到交流电源Vin的第二端形成负载用电回路，在该回路中，储能电感Le释能，第一输出电感Lo1释能，两个电感释放出的电能与交流电源输入的电能叠加在一起传递到输出端，使得输出端获得较高的电压增益，满足于大功率负载的需求。
模态2结束，进入模态3时，第一开关管S1维持关断，第一输出二极管Do1关断。
交流电源Vin的第一端输出电流给储能电感Le充电，储能电感Le储能，充电电流流经第一二极管D1，流向第一电容Ci1，流向第一输出电感Lo1为其充电，流经第一输出电容Co1回流至交流电源Vin的第二端形成充电回路；同时，第一输出电容Co1和第二输出电容Co2用于向外部的负载Ro提供能量，使负载Ro持续工作。
充电完毕时，储能电感Le和第一输出电感Lo1的电流幅度相同，但方向相反，使得第一二极管D1上的电流为零，模态3结束，整流控制电路进入负半周期工作。
与图2-4类似，请参阅图6-8，本实施例中主控制单元控制主电路单元在DCM模式下还工作于模态4、模态5和模态6，其中，在模态4-6中，交流电源Vin的第一端输出负半周电压，其第二端输出正半周电压，控制信号器Gvd(s)控制第一开关管S1关断，控制第二开关管S2适时导通。
其中，如图6所示，模态3结束，进入模态4时，控制信号器Gvd(s)控制第二开关管S2导通，此时，第二二极管D2导通，第二输出二极管Do2关断。
交流电源Vin的第二端输出电流，电流流经第二开关管S2、第二二极管D2、流向储能电感Le为其充电，然后回到交流电源Vin的第一端形成充电回路，储能电感Le储能；第二电容Ci2放电给第二输出电感Lo2和第二输出电容Co2传递能量充电，第二输出电感Lo2储能，第二输出电容Co2储能；同时，第一输出电容Co1和第二输出电容Co2用于向外部的负载Ro提供能量，使负载Ro持续工作。
如图7所示，模态4结束，进入模态5时，第二开关管S2关断，第二二极管D2和第二输出二极管Do2导通。
交流电源Vin的第二端输出电流，部分电流流经第二输出二极管Do2，流向第二电容Ci2为其充电，所述第二电容Ci2储能，再流向第二二极管D2，流向储能电感Le，所述储能电感Le释能，然后回到交流电源Vin的第一端形成充放电回路，在该充放电回路中，储能电感Le释能，第二电容Ci2储能；交流电源Vin的第二端输出电流，部分电流流经第二输出电容Co2为其充电，第二输出电容Co2储能，然后流向第二输出电感Lo2，第二输出电感Lo2释能，然后流向第二电容Ci2为其充电，第二电容Ci2储能，经过第二二极管D2流向储能电感Le，储能电感Le释能，然后回到交流电源Vin的第一端形成充放电回路。
同时，交流电源Vin的第二端输出电流，电流流经第一输出电容Co1、流向负载Ro的第一端为其供电，电流再从负载Ro的第二端流出，流经第二输出电感Lo2、第二电容Ci2、第二二极管D2、流向储能电感Le为其充电，然后回到交流电源Vin的第一端形成负载用电回路，在该回路中，储能电感Le释能，第二输出电感Lo2释能，两个电感释放出的电能与交流电源输入的电能叠加在一起传递到输出端，使得输出端获得较高的电压增益，满足于大功率负载的需求。
如图8所示，模态5结束，进入模态6时，第二开关管S2维持关断，第二输出二极管Do2关断。
交流电源Vin的第二端输出电流，流经第二输出电容Co2、第二输出电感Lo2为其充电，流经第二电容Ci2，流经第二二极管D2后流向储能电感Le为其充电，储能电感Le储能，电流回到交流电源Vin的第一端形成充电回路；同时，第一输出电容Co1和第二输出电容Co2用于向外部的负载Ro提供能量，使负载Ro持续工作。
充电完毕时，储能电感Le和第二输出电感Lo2的电流幅度相同，但方向相反，使得第二二极管D2上的电流为零，模态6结束，整流控制电路进入负半周期工作。
在模态6结束时，交流电源的负半周期结束，正半周期开始，主控制单元控制主电路单元在DCM模式下工作于模态1。
上述实施例中，储能电感Le、第一输出电感Lo1、第二输出电感Lo2、第一输出电容Co1以及第二输出电容Co2的性能参数以及规格根据高性能功率因数校正整流控制电路的实际需求确定，本实施例中不做限定。
相比于传统的功率因数校正器，上述高性能功率因数校正整流控制电路，设置了多个可以适时充电放电的储能电感以及储能电容，以改变功率因数校正整流控制电路的拓扑结构，改进后的功率因数校正电路的拓扑结构的充放电能力更强，从而减小流过开关管的电流有效值，降低电流应力；且高性能功率因数校正整流控制电路工作于DCM模式时，能够克服CCM模式下无法实现零电流开关的问题，依旧能够实现开关管和二极管的零电流开关，从而降低功率因数校正整流控制电路中的损耗，可以输出较高的直流电压，满足于大功率应用场合。
进一步的，该高性能功率因数校正整流控制电路，还通过检测输出电压，将输出电压进行补偿获得补偿误差，再将补偿误差传入PWM调制器中得到占空比，将占空比带入控制信号器中产生控制信号，从而根据控制信号控制第一开关管S1和第二开关管S2的占空比，以对电路进行调制获得对应电压增益，实现高电压输出，更好的满足于大功率应用场合。
本申请还提供一种开关电源，包括以上的高性能功率因数校正整流控制电路。
本申请实施例的高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源，当变换器处于稳态时，变换器的静态电压增益为（），根据拓扑参数，可以通过计算半个开关周期内第一输出二极管Do1电流的平均值（/>）来确定：/>。
第一输出二极管Do1在一个开关时段Ts内电流的平均值(如图5中的电流波形所示)可以定义为：。
其中Lx的值为：。
将第一输出二极管Do1在一个开关时段Ts内电流的平均值带入第一输出二极管Do1电流的平均值的公式中可得：。
由于第一输出二极管Do1内的平均电流等于一个半周期内负载内的平均电流，因此电路的静态增益可表示为：。
式中，fs为开关频率。
由此可见，本申请实施例的高性能功率因数校正整流控制电路及开关电源，还具有高增益。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种高性能功率因数校正整流控制电路，其特征在于，包括主电路单元；
所述主电路单元包括第一开关管S1、第二开关管S2、储能电感Le、第一输出电感Lo1、第二输出电感Lo2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一输出二极管Do1、第二输出二极管Do2、第一电容Ci1、第二电容Ci2、第一输出电容Co1和第二输出电容Co2；
所述储能电感Le的第一端用于连接交流电源Vin的第一端；
所述第一开关管S1的第二端、所述第二开关管S2的第一端、所述第一输出二极管Do1的负端、所述第二输出二极管Do2的正端、所述第一输出电容Co1的第二端以及所述第二输出电容Co2的第二端用于连接交流电源Vin的第二端；
所述储能电感Le的第二端与所述第一二极管D1的正端、所述第二二极管D2的负端连接；所述第一开关管S1的第一端与所述第一二极管D1的负端、所述第一电容Ci1的第一端连接；所述第一电容Ci1的第二端与所述第一输出二极管Do1的正端、所述第一输出电感Lo1的第一端连接；所述第一输出电感Lo1的第二端与所述第一输出电容Co1的第一端连接；所述第二开关管S2的第二端与所述第二二极管D2的正端、所述第二电容Ci2的第一端连接；所述第二电容Ci2的第二端与所述第二输出二极管Do2的负端、所述第二输出电感Lo2的第一端连接；所述第二输出电感Lo2的第二端与所述第二输出电容Co2的第一端连接；
所述第一输出电感Lo1的第二端与所述第二输出电感Lo2的第二端之间构成所述整流控制电路的输出端，用于连接负载Ro。
2.根据权利要求1所述的高性能功率因数校正整流控制电路，其特征在于，还包括主控制单元和电压检测电路；
所述电压检测电路连接在所述第一输出电感Lo1的第二端与所述第二输出电感Lo2的第二端之间，用于检测所述整流控制电路的输出端的输出电压，并将检测到的输出电压发送给所述主控制单元；
所述主控制单元分别与所述第一开关管S1和所述第二开关管S2连接，并用于根据所述输出电压调节所述第一开关管S1的占空比和所述第二开关管S2的占空比。
3.根据权利要求2所述的高性能功率因数校正整流控制电路，其特征在于，
所述主控制单元包括乘法器、减法器、电压补偿器CV(s)、PWM调制器KPWM和控制信号器Gvd(s)；所述乘法器用于将所述电压检测电路所检测到的输出电压乘以系数K，所述减法器将所述乘法器的输出与基准电压Voref做差得到未经过补偿的误差，将该未经过补偿的误差/>输出到电压补偿器CV(s)中得到补偿误差/>，再将该补偿误差/>传入PWM调制器KPWM中，得到占空比d，所述PWM调制器KPWM将占空比d输出到控制信号器Gvd(s)中产生控制信号，并根据该控制信号分别控制第一开关管S1的占空比和第二开关管S2的占空比。
4.根据权利要求3所述的高性能功率因数校正整流控制电路，其特征在于，
所述整流控制电路工作于正半周期，所述主控制单元控制所述主电路单元在DCM模式下工作于模态1、模态2和模态3；
其中，模态1时，所述第一开关管S1和所述第一二极管D1导通；
交流电源Vin的第一端输出电流给所述储能电感Le充电，所述储能电感Le储能，充电电流流经所述第一二极管D1、所述第一开关管S1的第二端、所述第一开关管S1的第一端回流至交流电源Vin的第二端形成充电回路；
所述第一电容Ci1放电给所述第一输出电感Lo1和所述第一输出电容Co1传递能量充电，所述第一输出电感Lo1储能以及所述第一输出电容Co1储能，电流从所述第一电容Ci1的第二端流出，流向所述第一输出电感Lo1以及所述第一输出电容Co1，流经所述第一开关管S1后回到所述第一电容Ci1的第一端形成充放电回路；
同时，所述第一输出电容Co1和所述第二输出电容Co2用于向外部的负载Ro提供能量；
模态1结束，进入模态2时，所述第一开关管S1关断，所述第一二极管D1和所述第一输出二极管Do1导通；
交流电源Vin的第一端输出电流流经所述储能电感Le，所述储能电感Le释能，电流从所述储能电感Le的第二端流出后，流经所述第一二极管D1，流向所述第一电容Ci1为其充电，所述第一电容Ci1储能，电流从所述第一电容Ci1的第二端流出后，部分电流流经所述第一输出二极管Do1回到交流电源Vin的第二端形成充电回路；电流从所述第一电容Ci1的第二端流出后，部分电流流向所述第一输出电感Lo1，第一输出电感Lo1释能，然后流向所述第一输出电容Co1为其充电，第一输出电容Co1储能，再回流至交流电源Vin的第二端形成充放电回路；
同时，交流电源Vin的第一端输出电流，电流流经所述储能电感Le、所述第一二极管D1、所述第一电容Ci1、所述第一输出电感Lo1，流向负载Ro的第一端为其供电，电流再从负载Ro的第二端流出，流经所述第二输出电容Co2，回到交流电源Vin的第二端形成负载用电回路；
模态2结束，进入模态3时，所述第一开关管S1维持关断，所述第一输出二极管Do1关断，交流电源Vin的第一端输出电流给所述储能电感Le充电，所述储能电感Le储能，充电电流流经所述第一二极管D1，流向所述第一电容Ci1，流向所述第一输出电感Lo1为其充电，流经所述第一输出电容Co1回流至交流电源Vin的第二端形成充电回路；
同时，所述第一输出电容Co1和第二输出电容Co2用于向外部的负载Ro提供能量，使负载Ro持续工作；
充电完毕时，所述储能电感Le和所述第一输出电感Lo1的电流幅度相同，但方向相反，使得所述第一二极管D1上的电流为零，模态3结束，所述整流控制电路进入负半周期工作。
5.根据权利要求4所述的高性能功率因数校正整流控制电路，其特征在于，
所述整流控制电路工作于负半周期，所述主控制单元还控制所述主电路单元在DCM模式下工作于模态4、模态5和模态6；
其中，模态3结束，进入模态4时，所述第二开关管S2和所述第二二极管D2导通；
交流电源Vin的第二端输出电流，电流流经所述第二开关管S2、所述第二二极管D2、流向所述储能电感Le为其充电，然后回到交流电源Vin的第一端形成充电回路，所述储能电感Le储能；
所述第二电容Ci2放电给所述第二输出电感Lo2和所述第二输出电容Co2传递能量充电，所述第二输出电感Lo2储能，所述第二输出电容Co2储能；
同时，所述第一输出电容Co1和所述第二输出电容Co2用于向外部的负载Ro提供能量，使负载Ro持续工作；
模态4结束，进入模态5时，所述第二开关管S2关断，所述第二二极管D2和所述第二输出二极管Do2导通；
交流电源Vin的第二端输出电流，部分电流流经所述第二输出二极管Do2，流向所述第二电容Ci2为其充电，所述第二电容Ci2储能，再流向所述第二二极管D2，流向所述储能电感Le，所述储能电感Le释能，然后回到交流电源Vin的第一端形成充放电回路；
交流电源Vin的第二端输出电流，部分电流流经所述第二输出电容Co2为其充电，第二输出电容Co2储能，然后流向所述第二输出电感Lo2，第二输出电感Lo2释能，电流流向所述第二电容Ci2为其充电，第二电容Ci2储能，经过所述第二二极管D2流向所述储能电感Le，储能电感Le释能，然后回到交流电源Vin的第一端形成充放电回路；
同时，交流电源Vin的第二端输出电流，电流流经所述第一输出电容Co1、流向负载Ro的第一端为其供电，电流再从负载Ro的第二端流出，流经所述第二输出电感Lo2、所述第二电容Ci2、所述第二二极管D2、流向所述储能电感Le为其充电，然后回到交流电源Vin的第一端形成负载用电回路；
模态5结束，进入模态6时，所述第二开关管S2维持关断，所述第二输出二极管Do2关断，交流电源Vin的第二端输出电流，流经所述第二输出电容Co2、所述第二输出电感Lo2为其充电，流经所述第二电容Ci2，流经所述第二二极管D2后流向所述储能电感Le为其充电，所述储能电感Le储能，电流回到交流电源Vin的第一端形成充电回路；
同时，所述第一输出电容Co1和所述第二输出电容Co2用于向外部的负载Ro提供能量；
充电完毕时，所述储能电感Le和所述第二输出电感Lo2的电流幅度相同，但方向相反，使得所述第二二极管D2上的电流为零，模态6结束，所述整流控制电路进入负半周期工作。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的高性能功率因数校正整流控制电路，其特征在于，所述第一开关管S1为N沟道场效应管，所述第二开关管S2为N沟道场效应管。
7.一种开关电源，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的高性能功率因数校正整流控制电路。
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